リチウム電池の安全性試験とは何ですか?

リチウム電池の安全性試験とは何ですか?

バッテリーの安全性能試験

過放電テスト-

1) テストの目的: 単セル電池の電気的誤用性能を検証するために、電池が過放電したときに発生する可能性のある潜在的な安全上のリスクをシミュレートし、それによってサンプルが設計要件を満たしているかどうかを評価します。-

2)試験装置:単セルバッテリー充電-装置、恒温試験器、マルチメータなど

3) 試験方法と手順:

① 単セルバッテリーを室温で前処理してから完全に充電します。-

② 1/3I(エネルギー型)または(パワー型)の定電流で単電池電池の放電終止電圧-まで放電し、その後I電流で90分間強制放電します。

4) データ処理および評価基準: 試験中および試験後 1 時間の観察期間内に、サンプルが発火または爆発を起こすかどうかを観察します。

過充電試験

1) テストの目的: 単セルバッテリーの電気的誤用性能を検証するために、バッテリーが過充電されたときに発生する可能性のある潜在的な安全上のリスクをシミュレートし、それによってサンプルが設計要件を満たしているかどうかを評価します。

2)試験装置:単セル電池充電-放電装置、恒温試験室、マルチメータなど。

3) 試験方法と手順:

① 単セルバッテリーを室温で前処理してから完全に充電します。-

② 単セルバッテリの電圧が最大使用電圧の 1.1 倍に達するか、単セルバッテリの充電容量が 115% SOC に達するまで定電流充電を続けます。

4) データ処理および評価基準: 試験中および試験後 1 時間の観察期間内に、サンプルが発火または爆発を起こすかどうかを観察します。

短絡試験

1) テスト目的: 単セルバッテリーの電気的誤用性能を検証するために、バッテリーに外部短絡が発生したときに発生する可能性のある潜在的な安全上のリスクをシミュレートし、それによってサンプルが設計要件を満たしているかどうかを評価します。

2)試験装置:単セル電池充電-放電装置、恒温試験室、マルチメータなど。

3) 試験方法と手順:

① 単セルバッテリーを室温で前処理してから完全に充電します。-

②-単セル電池のプラス端子とマイナス端子を外部回路抵抗 5mΩ 以下で 10 分間外部短絡します。

4) データ処理および評価基準: 試験中および試験後 1 時間の観察期間内に、サンプルが発火または爆発を起こすかどうかを観察します。

クラッシュテスト

1) テスト目的: 単セル電池の機械的酷使性能を検証するために、電池が押しつぶされたときに発生する可能性のある潜在的な安全上のリスクをシミュレートし、それによってサンプルが設計要件を満たしているかどうかを評価します。

2)試験装置: 単セル電池充放電装置、恒温試験室、動力電池破砕試験台、マルチメータなど。

3) 試験方法と手順:

① 単セルバッテリーを室温で前処理してから完全に充電します。-

②潰す方向：単セル電池の極板方向と直​​角、または車両レイアウト上最も潰れやすい方向に圧力を加えます。

ａ．破砕板の形状: 半径 75 mm の半円柱-、半円柱の長さ (L) は破砕された単セル電池のサイズより大きい-。

b.破砕速度：2mm/s以下。

c.破砕度：電圧が0Vに達するか、変形が15％に達するか、または破砕力が100kNまたは試験対象物の重量の1000倍に達したら、破砕を停止します。

③ 10分間保持します。

4) データ処理および評価基準: 試験中および試験後 1 時間の観察期間内に、サンプルが発火または爆発を起こすかどうかを観察します。

熱暴走試験

1)試験目的：バッテリー管理システムで監視できる最小のバッテリーユニットの熱暴走性能を検証するため、電気自動車の乗員や車両システムに危険をもたらす中心となる危険源の安全性評価を実施し、サンプルが設計要件を満たしているかどうかを評価します。

2)試験装置：単セル電池充電-放電装置、恒温試験室、加熱装置、温度取得システム、マルチメータなど。

3) 試験方法と手順:

① 平型または棒状の発熱体を使用し、その表面はセラミック、金属、または絶縁層で覆われているものとします。加熱装置の電力選択要件を表 6-10 に示します。試験対象物と加熱装置の組み立てを完了します。加熱装置は単セル電池に直接接触し、加熱装置のサイズは試験対象物の加熱面より大きくてはなりません。温度モニターは、監視点の温度センサーを熱伝導から離れた側、つまり加熱装置の反対側に設置してください。温度データのサンプリング間隔は 1 秒未満、精度要件は 2 度、温度センサー先端の位置は 1 mm 未満である必要があります。

表 6-10 加熱装置の選択要件

② 単セルバッテリーを室温で前処理し、SOC 100% まで充電します。-その後、1/1 電流で 12 分間テスト対象を充電し続けます。直ちに加熱装置を始動し、最大出力で試験対象物を加熱し続けます。熱暴走が発生した場合、または監視点の温度が300度に達した場合は、加熱を停止し、加熱装置の電源を切ります。

③熱暴走の判定条件

ａ．テスト対象物に電圧降下が発生し、その降下は初期電圧の 25% を超えます。

b.監視ポイントの温度は、バッテリー メーカーが指定する最高動作温度に達します。

c.監視点の温度上昇率 dT/dt 1 度 /s 以上、3 秒以上継続する。 aとc、またはbとcが発生した場合に熱暴走が発生したと判断します。

4) データ処理および評価基準: 加熱プロセス中および加熱完了後 1 時間以内にサンプルが発火または爆発を起こすかどうかを観察します。

システム-レベルの電源バッテリー安全性能テスト

シミュレートされたクラッシュ

1)試験目的：車両衝突時のバッテリーパック/システムへの衝撃をシミュレーションし、サンプルの構造強度が設計要件を満たしているかどうかを評価します。

2)試験装置: 電池システム充放電装置、恒温試験室、模擬衝突試験台、絶縁抵抗試験機など。

3) 試験方法と手順: 車両内の試験対象物の設置位置と GB/T 2423.43-2008 の要件を参照し、試験対象物は固定具を備えたスレッドに水平に取り付けられるものとします。このパルスは、試験対象物の使用環境に応じて、車両の加減速パルスとの組み合わせにより、表6{6}}11および図6-1に示す境界条件を満たす必要があります（車両の進行方向をx軸、進行方向と直交する水平方向をy軸とし、車両の車両重量をmとします）。試験対象物に複数の設置方向（x/y/z）がある場合は、加速度の大きい方の設置方向を選択して試験を行うものとする。試験後、試験周囲温度で 2 時間観察します。

表 6-11 模擬衝突試験のパルスパラメータ

4) データ処理と評価基準:

① 試験および観察期間中にバッテリーパック/システムに漏れ、破裂、発火、爆発が発生したかどうかを記録します。

② 試験前後の絶縁抵抗値を記録する。

打ち砕く

1) 試験目的: バッテリーパック/システムが押しつぶされたときに発生する可能性のある潜在的な安全上のリスクをシミュレートし、サンプルの構造強度が設計要件を満たしているかどうかを評価します。

2)試験設備: 電池システム充放電装置、恒温試験室、電池システム圧壊試験台、絶縁抵抗試験機など。

3)試験方法と手順：圧壊方向はx-方向とy-方向（車両の進行方向をx-軸、進行方向と直交する水平方向をy-軸とする）とする。破砕速度は 2 mm/s を超えてはなりません。破砕力が100kNに達するか、変形量が破砕方向全体の寸法の30%に達した時点で破砕を停止し、10分間保持します。試験後、試験周囲温度で 1 時間観察します。破砕板形状の模式図を図 6-2 に示します。次の 2 つのタイプのいずれかを選択できます。

① 図 6-2a に示すように、半径 75 mm の半円筒-、半円筒の長さ (L)- は試験対象物の高さより大きく、1 m を超えないもの。

② 全体の寸法は 600 mm × 600 mm 以下で、図 6-2b に示すように、半径 75 mm で 30 mm の間隔をあけた 3 つの半円柱があります。-。

浸水安全性

1) テストの目的: 水の浸入条件下でバッテリー パック/システムの潜在的な安全リスクをテストし、設計要件を満たしているかどうかを評価します。

2)試験設備：電池システム充放電装置、恒温試験器、海水浸漬試験器、絶縁抵抗試験器など。

3)試験方法及び試験手順：車両の接続方法に従って、試験対象物をワイヤーハーネス、コネクタ等と接続する。テストには次の 2 つの方法のいずれかを選択します。

① 試験対象物を、実際の車両組立姿勢で、試験対象物が完全に浸るのに十分な水深で 3.5% (質量分率) の塩化ナトリウム溶液に 2 時間浸漬します。

② GB/T 4208-2017 の 14.2.7 に記載の方法および手順に従って試験を実施します。試験対象物はメーカー指定の設置状態で完全に水中に浸漬してください。高さ 850 mm 未満の試験対象物の場合、最低点は水面下 1000 mm でなければなりません。高さ 850 mm 以上の試験対象物の場合、最高点は水面下 150 mm でなければなりません。テスト時間は 30 分です。水と試験対象物の温度差は 5 度を超えてはなりません。バッテリーパックを水から取り出した後、バッテリーパックを静止させ、テスト周囲温度で 2 時間観察します。

4) データ処理および評価基準：方法①に従って実施された試験の場合、試験中およびその後の観察期間中に電池パック/システムに発火、爆発またはその他の現象が発生したかどうかを記録します。 ②の方法で試験を行った場合は、試験後のバッテリーパック/システムの絶縁抵抗値、IPX7要件を満たしているか、液漏れ、外装の破断、発火、爆発の有無を記録してください。

外部火災への曝露

1) テストの目的: 外部の火にさらされたときのバッテリー パック/システムの潜在的な安全リスクをテストし、設計要件を満たしているかどうかを評価します。

2)試験装置: 電池システム充放電装置、恒温試験室、外部耐火試験台、絶縁抵抗試験機、風速計など。

3) 試験方法と手順: 周囲温度は 0 度以上、風速は 2.5 km/h を超えないものとします。試験中、ガソリントレイの大きさは試験対象物の水平投影寸法を20cm超え50cm以下とし、トレイの高さはガソリン表面から8cmを超えてはならない。テストオブジェクトは中央に配置されます。ガソリン液面と試験対象物底面との距離は、車両を降ろしたときの試験対象物底面の地上高又は50cmとする。水はトレイの最下層に注入されます。外部火災への曝露の概略図を図 6-3 に示します。

外部火災暴露試験は次の 4 段階に分かれています。

①予熱：試験対象物から3m以上離れた場所でガソリンに点火します。 60 秒間の予熱後、ガソリントレイを試験対象物の下に置きます。ガソリントレイが大きすぎて移動できない場合は、代わりに試験対象物とそのサポートを移動してもよい。

② 直接火炎暴露：試験対象物を直接炎に70秒間暴露します。

③ 間接火炎暴露: ガソリントレイを耐火シールドで覆います。-テストオブジェクトはこの状態で 60 秒間テストされます。あるいは、双方の合意に基づいて、さらに 60 秒間炎に直接さらし続けます。耐火シールドは標準耐火レンガから組み立てられており、その寸法と技術データを図 6-4 に示します。

④ 火元から遠ざける：ガソリントレイまたは試験対象物を遠ざけ、試験周囲温度で 2 時間、または試験対象の外表面温度が 45 度以下になるまで観察します。

4) データ処理と評価基準:

① 試験および観察期間中にバッテリーパック/システムに発火、爆発、またはその他の現象が発生したかどうかを記録します。

② 炎が発生した場合は、火源を離れてから 2 分以内に炎が消えるかどうかを記録する。

熱暴走の伝播

1) テストの目的: 単一のバッテリーセルが熱暴走した場合のバッテリーパック/システムの安全リスクをテストし、設計要件を満たしているかどうかを評価します。

2)試験設備: 電池システム充放電装置、恒温試験室、電池システム貫通試験台、加熱装置、温度取得装置、絶縁抵抗計、風速計など。

3)試験条件: 試験は周囲温度 0 度以上、相対湿度 10 % ～ 90 %、気圧 86 -106 kPa の環境で実施します。テストを開始する前に、テスト対象の SOC を調整します。外部充電用に設計されたバッテリー パック/システムの場合、SOC は、企業が指定する通常の SOC 動作範囲の 95 % 以上に調整されなければなりません。車両自体のエネルギー デバイスによってのみ充電されるように設計されたバッテリー パック/システムの場合、SOC は、企業が指定する通常の SOC 動作範囲の 90 % 以上に調整されなければなりません。試験を開始する前に、すべての試験装置が正常に動作する必要があります。試験サンプルの修正はできる限り少なくし、企業は行われた修正のリストを提出しなければならない。試験は屋内または風速 2.5 km/h 以下の環境で実施するものとします。

4) 試験方法と手順: 熱暴走のトリガーとなる対象物は、試験対象物内の単一の電池セルです。バッテリー パック/システムの中心にある単一セル、または他の単一セルに囲まれた単一セルを選択します。

① 熱暴走を引き起こす釘刺し方式：刺入針は直径 3 ～ 8 mm の鋼製とする。針の先端は 20 度から 60 度の角度の円錐形でなければなりません。貫通速度は 0.1 ～ 10 mm/s とする。貫通位置と方向は、単一のバッテリーセルで熱暴走を引き起こすように選択されます (たとえば、電極プレートの方向に対して垂直)。

② 熱暴走を引き起こす加熱方法：表面をセラミック、金属、または絶縁層で覆った平板状または棒状の加熱装置を使用します。{0}単セル電池と同じ寸法のブロック-形状の加熱装置の場合、この加熱装置は単セルの 1 つを置き換え、トリガー オブジェクトの表面に直接接触する可能性があります。薄膜加熱装置の場合、それは常にトリガーオブジェクトの表面に付着したままでなければなりません。加熱装置の加熱面積は、単セル電池の表面積より大きくてはなりません。加熱装置の加熱面は単セル電池の表面に直接接触し、加熱装置の位置は指定された温度センサーの位置に対応するものとする。設置完了後、加熱装置は 24 時間以内に作動し、最大出力でトリガーオブジェクトを加熱するものとします。加熱装置の電力選択を表 6-12 に示します。熱暴走が発生するか、対応する温度センサーが300度に達するとトリガーを停止します。

表 6-12 加熱装置の電力選択

③ 推奨監視点配置方式：電圧または温度は、元の回路または追加のテスト回路を使用して監視する必要があります。温度データのサンプリング間隔は 1 秒未満であり、精度要件は ±2 度です。釘刺しが作動している間、温度センサーは短絡点のできるだけ近くに配置する必要があります。-釘の温度を使用することもできます (釘刺入トリガー中の温度センサーの配置位置の概略図を図 6-5 に示します)。加熱のトリガー中、温度センサーは熱伝導から離れた側、つまり加熱装置の反対側に配置されます (図 6-6 を参照)。

5) 熱暴走の発生を判断するための推奨基準:

① 試験対象物に初期電圧の 25 % を超える電圧降下が発生した場合。

② 監視点の温度が電池メーカーが指定する最高使用温度に達する。

③ 監視点の温度上昇率 dT/dt 1 度/s 以上、3 秒以上継続する。 ①と③、または②と③が発生した場合に熱暴走が発生したと判断します。

データ処理と評価基準

1)熱暴走の誘発方法として推奨方法を使用し、熱暴走が発生しない場合、熱の伝播により乗員に危険が及ばないことを保証するために、以下の推奨方法の両方を使用して熱暴走が発生しないことを証明する必要があります。

2) 熱暴走が発生した場合は、熱暴走警報信号が発せられてから試験対象外で火災または爆発が発生するまでの時間を記録します（いずれか早い方）。この時間は 5 分以上でなければなりません。